中电投电力工程有限公司 山东 海阳 265116
摘 要：在电厂厂房通风中适当的引入自然风，能够起到节能、降低投资成本的作用，通过 CFD 模拟确定了合理的通风量，验证了自然进风、自然排风的合理性，同时数值模拟手段也可为通风设计优化提供有力指导。
关键词：自然进风；自然排风；数值模拟
在目前的电厂通风设计过程中往往采用能耗和投资较大的机械进风、机械排风的通风方案，而忽略了在机械通风的基础上引入自然风的方案，这大大提高了厂房的投资、运行和维护的费用，造成了巨大的浪费。在机械通风的基础上适当的引入自然风，不仅能够起到节能、降低投资成本的作用，另外由于自然风所具有的特性，大量研究表明自然风比机械风在频谱、湍流度等物理特性上有很大差别，自然通风的频谱具有 1/f 波动规律，能够使人产生舒适、愉悦感，由此可见在这方面自然通风有着空调所无法取代的优点。自然通风是靠室内外的空气温度差而产生的热压来诱导空气流动。
这种方案具有充分利用自然资源，运行成本低，通风系统简单，投资少，维护简单的优点。但也会造成进排风面积大，导致冷风渗透量大，增加了冬季的热负荷，通风系统调节不方便等缺点。
1 工程概况
本文所研究某电站，设有两台 1000MW 电机组，主要由汽机房和除氧器层（18.1～27.8m）两部分组成，其中汽机房采用负挖布置模式、钢筋混凝土结构，由地下层（-12.6～0m）、0m 层（0～8.5m）、运转层（8.5～34m）三部分组成。主厂房总长度为 108m，宽度为 68.5m，汽机房屋顶标高34m，除氧间屋顶标高 27.8m。地下层进风通过高于地面的地沟（前后共有三处地沟）进风窗引入，在厂房前后两侧各层设置进风窗，在汽机房和除氧器层屋顶各设 16 台和 8 台轴流风机。本文数值模拟分析采用了 CFD 软件 fluent，所选用的湍流模型是 Realizable k ε 模型；由于室内空气散射可以忽略，这使得空气的光学深度很小，综合考虑计算经济型与精度，选取 DO 辐射模型；汽轮机房内的空气流动速度不大，密度变化不大，可看作不可压流动，因此求解器选择分离隐式解算器；为避免或减少由于低阶格式的假扩散误差加剧湍流计算结果的不准确，动量方程、能量方程及 k 方程和 ε 方程均需采用二阶迎风离散格式。
2 总排风量的调整分析
厂房原模型的屋顶通风面积为 100m2，总热负荷为 5.42MW，进风温度为 306K，按进排风温差8K 进行计算，所需的风量为 716.25kg/s，为工况 1；在其他条件不变的情况下，总排风量依次增加10%、20%，将其编为工况 2、3。我们规定工作面的温度如果超过进风温度 3K，该点温度超标。随着总排风量的增加，除氧间进风量迅速增加，0m 层的进风量略有增加，而地下层进风量基本保持不变；地下层工作面平均温度基本保持不变、0m 层略有下降、运转层则有明显的下降。
由于在上述三种工况下地下层、0m 层工作面的平均温度基本没有变化，因此温度分布图变化也不太大，这里就不做比较，只对运转层、除氧间进行比较分析。
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可以看出当风量增加 10%时，此时运转层、除氧间基本满足设计要求（除汽轮机附近处由于格栅的存在导致有部分区域温度偏高、除氧间右侧靠墙区域温度在 309～310K 之间）；当风量增加 20%时，虽然能使运转层和除氧间的整体温度有所下降，但并不能解决运转层汽轮机和发电机附近“局部高温”现象，且此时的总排风量已经达到858.6 kg/s，进排风温差下降为 6.7K，不利于节能。
因此排风量增加 10%时比较合理。
提高总排风风量，除氧间进风量有明显的增加趋势，运转层进风量也有所增加，这对改善除氧间以及运转层的温度分布有明显的效果，从上述分析来看，当排风量为 786kg/s 时（增加 10%），各层工作面温度基本满足要求（局部区域除外），此时进排风温差为 7.3K。
3 自然进风、自然排风可行性分析
如果采用自然进风、自然排风的方案，就必须增大屋顶排风面积，排风量才有可能达到要求。在其他条件不变的情况下，屋顶排风面积分别调整为100m2、150m2（50%）、200m2（100%）、210m2（110%）依次编为工况 4 至 7。
在采用自然进风、自然排风的的通风方案时，屋顶排风面积对于 0m 层、运转层、除氧间的影响很大，随着排风面积的增大，进风阻力也随之减小，其进风量都显著增加。当面积增加到 150m2，底下两层工作面温度已经满足设计要求；当面积增加到 200m2，底下三层工作面温度分布基本满足设计要求；当面积增大 210m2时，进排风温差为 7.4K，基本达到上面讨论的温差要求，排风量为 780.9kg/s 达到设计值，各层工作面满足设计要求。地下层进风量却没随着屋顶排风面积的增大有所增大甚至减小，这是由于地下层热压远大于其进风所需要克服的阻力，阻力的减小对于两侧的压力差影响不大，因此其进风量基本保持不变。
排风面积增加到 50%，底下两层工作面温度已经满足设计要求，因此这里只对运转层、除氧间的温度场和速度场进行分析。
当排风面积增大到 210m2时，运转层温度基本满足设计要求（局部高温区除外），此时若再增加排风面积，虽然该层的整体温度有所下降，但是对于改善局部高温区的温度分布的效果却不明显；当面积增加到 210m2时，工作面温度分布得到明显的改善，除氧间工作面的温度分布基本满足设计要求。
4 结论
对于本电厂在各层进风窗面积不变的条件下，其屋顶排风总面积必须增大到 210m2，此时才能采用自然进风、自然排风的通风方案。电厂如果要选择自然进风、自然排风的方案，可以节省大量建筑材料，充分利用自然资源，运行成本低，通风系统简单，投资少，维护简单等优点。但也可能会造成气流组织不好控制，易产生气流死区，局部温度过高，过分依赖环境工况等缺点。对于电厂通风方式的选择，我们要着眼于全局，选择最合理的通风方式。
参考文献
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论文作者:汪洋
论文发表刊物:《电力技术》2016年第3期
论文发表时间:2016/7/14
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